صب الطرد المركزي، والمعروفة أيضًا باسم روتوكاستينغ، هي تقنية صب المعادن متعددة الاستخدامات تستخدم على نطاق واسع لإنتاج المكونات الأسطوانية والأنبوبية.
شرح عملية الصب بالطرد المركزي
إنها تستخدم قوى الطرد المركزي الناتجة عن قوالب الغزل لنقل ضغط شعاعي عالي، ودفع المعدن المنصهر نحو جدران القالب لإنتاج مصبوبات دقيقة الحبيبات ذات خواص ميكانيكية ممتازة (Tschirschwitz et al.، 2021).
في الصب الأفقي، يتم تدوير مجموعة القالب التي تحتوي على شحنة المعدن المنصهر حول محورها داخل غلاف خارجي ثابت. قد تختلف سرعة الدوران من 300 دورة في الدقيقة إلى أكثر من 1000 دورة في الدقيقة حسب حجم المكون والمعادن. تواجه الشحنة المعدنية مجال قوة طرد مركزي خارجي يدفع السائل نحو سطح القالب الداخلي، ليحل محل الهواء المنخفض الكثافة (Liu et al., 2018).
عندما يتصلب المعدن المنصهر عند ملامسته لجدار القالب البارد نسبيًا، يتقدم التجميد نحو الداخل نحو المركز. يحافظ الضغط الشعاعي العالي على الاتصال الحميم مع القالب، مما يقلل من عيوب الانكماش. إن الحبوب الدقيقة متساوية المحاور الناتجة عن التصلب السريع إلى جانب تأثير الضغط تنتج مصبوبات ذات كثافة وقوة وليونة فائقة.
إنها مناسبة للمكونات المحورية المتماثلة مثل الأنابيب والأنابيب والحلقات والأسطوانات والأكمام من مجموعة واسعة من المعادن بناءً على الكثافة واللزوجة الذائبة وخصائص التصلب (Tschirschwitz et al.، 2021). تميل السبائك الخفيفة إلى أن تكون لديها سيولة أقل من أجل التعبئة الفعالة.
أنواع عمليات الصب بالطرد المركزي
يتضمن الخياران الرئيسيان الصب الحقيقي وشبه الطرد المركزي (Tschirschwitz et al.، 2021):
1. يتضمن الصب الحقيقي صب شحنة المعدن المنصهر في قالب دوار. يجب أن يظهر المعدن سيولة كافية لملء القالب تحت قوى الطرد المركزي. قد تتطلب السبائك الخفيفة أنظمة صب مضغوطة.
2. شبه الطرد المركزي أو الطرد المركزي يستخدم في البداية قوالب ثابتة مملوءة بالمعدن، يليها تسريع التجميع لنشر الشحنة على الجدران قبل التصلب. وهذا يسمح بصب السبائك ذات السيولة المنخفضة.
بالإضافة إلى ذلك، هناك عمليات طرد مركزي عمودية حيث يدور القالب حول محور أفقي. تعمل عملية شيبل على دفع المعدن إلى قوالب غلاف تدور عموديًا ومغذية من الأعلى تحت ضغط الغاز. يسمح الصب العمودي المستمر بالإنتاج دون انقطاع.
نظرة عامة على خطوات عملية الصب بالطرد المركزي
على الرغم من اختلاف التفاصيل المحددة، إلا أن التسلسل العام للخطوات يتضمن (Yang et al., 2020):
1. تحضير القالب - يتم تصنيع قوالب الاستثمار الخزفية الأسطوانية أو الأنبوبية بالمظهر الداخلي والأبعاد والتشطيب السطحي المطلوب. تتضمن مجموعة القالب أنظمة التوجيه والدعم.
2. التركيب - يتم تثبيت مجموعة القالب بشكل آمن على الوضع الأفقيصب الطرد المركزيآلة قادرة على التحكم في التسارع والدوران الثابت.
3. الصب - عند سرعة الدوران المطلوبة، يتم صب/حقن شحنة المعدن المنصهر في قالب الغزل. يمكن لمحاكاة تدفق السوائل تحسين عملية التعبئة.
4. التصلب - عندما يتجمد المعدن عند ملامسته لجدران القالب، يستمر الدوران في الحفاظ على الضغط حتى تصلب المسبوكة بالكامل. تقوم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء بمراقبة العملية.
5. التبريد والإزالة - بعد التصلب، يتم إيقاف الدوران ويتم تبريد الصب تحت ظروف خاضعة للرقابة قبل القولبة والإزالة.
6. القطع والمعالجة اللاحقة - يتم قطع المسبوكات الأسطوانية إلى الأطوال المطلوبة وإخضاعها لخطوات التشطيب مثل المعالجة الحرارية، والاستقامة، والتصنيع الآلي.
وبالتالي فإنه يسخر قوى الدوران لإنتاج مصبوبات عالية الجودة لا يمكن تحقيقها من خلال عمليات الصب الثابتة.
مزايا عملية الصب بالطرد المركزي
تُستخدم هذه العملية غالبًا لصب الأجزاء والمكونات الأسطوانية ولها العديد من المزايا:
1. نقاء وجودة المواد العالية: الشوائب والشوائب، كونها أخف من المعدن، تميل إلى التحرك نحو مركز الجزء، والتي يمكن معالجتها بعيدًا، مما يؤدي إلى صب مع عدد أقل من الشوائب والعيوب بالقرب من السطح.
2. البنية المجهرية الكثيفة والدقيقة: تؤدي الضغوط العالية إلى بنية مجهرية دقيقة الحبيبات وصب كثيف خالٍ من مسامية الغاز. وهذا يزيد من الخواص الميكانيكية للمنتج النهائي.
3. خصائص ميكانيكية جيدة: يؤدي الجمع بين هيكل الحبيبات الدقيقة والصب الكثيف إلى خصائص ميكانيكية فائقة مثل قوة الشد والاستطالة عند مقارنتها بالأجزاء المماثلة المصنوعة من خلال عمليات الصب الأخرى.
4. الحد الأدنى من الهدر: تولد العملية مصبوبات قريبة من الشكل النهائي مع تشطيب جيد للسطح، وغالبًا ما تتطلب معالجة وتشطيبًا أقل، مما يقلل من هدر المواد والمعالجة الثانوية.
5. تعدد الاستخدامات: يمكنه استيعاب مجموعة واسعة من المعادن والأحجام، مما يجعله متعدد الاستخدامات لمختلف التطبيقات والصناعات.
6. الكفاءة والاقتصادية: بالنسبة لعمليات الإنتاج الكبيرة، يمكن أن يكون خيارًا اقتصاديًا بسبب الكفاءة في استخدام المواد، وأقل كثافة في العمالة من بعض الطرق التقليدية، وإمكانية أتمتة العملية.
7. الجاذبية المستقلة: بما أنها لا تعتمد على الجاذبية، فإن العملية يمكن أن تخلق سمكًا وبنية أكثر اتساقًا على الرغم من الأشكال المعقدة.
8. السلامة الداخلية: تعمل قوة الطرد المركزي على ضغط المعدن ودفع الشوائب إلى التجويف الذي يمكن تفكيكه آليًا، مما ينتج عنه صوت ومكون معدني صلب.
9. التحكم في المعادن: تساعد قوة الطرد المركزي في تحقيق التصلب الاتجاهي، مما يسمح بتحكم أفضل في خصائص المعادن.
الصب الطرد المركزيعلى الرغم من أن هذه العملية مفيدة لبعض التطبيقات، إلا أنها قد لا تكون مناسبة لجميع أنواع المسبوكات أو المواد. وهو أكثر فعالية بالنسبة للأجزاء ذات الشكل المتماثل حول المحور ولكن يمكن تكييفه لإنتاج أجزاء بدون تناظر دوراني إلى حد ما مع خبرة ومعدات التصميم المناسبة. إذا كنت مهتمًا بهذه الخدمة، يرجى الاستفسار على info@welongpost.com!
مراجع:
ليو، J. وآخرون. (2018). التحقيق والتنبؤ بقدرة التعبئة لسبائك الألومنيوم ZL101A في عملية الصب بالطرد المركزي الأفقي. التقدم في الهندسة الميكانيكية، 10(6)، 1-9.
تشيرشفيتز، F. وآخرون. (2021). صب الطرد المركزي. في دليل ASM، المجلد 15: الصب (ص. 784-792). ايه اس ام انترناشيونال.
يانغ، F. وآخرون. (2020). عملية الصب بالطرد المركزي لتجهيزات الأنابيب من الحديد الزهر العقدي. المعادن, 10(2), 246.
